6. Регуляция на этапе терминации транскрипции

РНКП может «узнавать» специфические последовательности ДНК, сигнализирующие об окончании транскрипции. Эта ее способность усиливается или модифицируется под влиянием особого полипептида – р-фактора, обеспечивающего нормальную терминацию.

Наряду с этим в составе ряда регулонов обнаружены так называемые аттенюаторы, т.е. участки ДНК, вызывающие преждевременную терминацию, также р-зависимую. Эти генетические элементы располагаются между оператором и первым структурным геном в регулонах, контролирующих биосинтез ряда аминокислот. Все аминокислотные регулоны, управляемые с помощью аттенюации, характеризуются обогащением участка и РНК, соответствующего расстоянию до аттенюатора кодонами той аминокислоты, которая служит отрицательным эффектором.

Регуляция путем аттенюации основана на тесном сопряжении у прокариот транскрипции и трансляции, которые, как правило, протекают одновременно. В процессе трансляции синтезируемой иРНК рибосома, экранирующая около 10 нуклеотидов, может существенно влиять на конформацию транслируемой иРНК, а та, в свою очередь, на продвижение РНКП по матрице ДНК. При формировании «критической» конформации иРНК наступает диссоциация РНКП от ДНК.

Триптофановый оперон у Escherichia coli регулируется одновременно двумя негативными механизмами: репрессией и аттенюа-цией. При избытке триптофана они действуют аддитивно, практически полностью подавляя транскрипцию. Но даже в отсутствие репрессии аттенюация снижает скорость транскрипции на 90%.

Гистидиновый оперон регулируется только посредством аттенюации. Аналогичная регуляция характерна для синтеза некоторых аминоацил-тРНК-синтетаз и, возможно, ряда экзоферментов. Аттенюатор присутствует также в геноме фага X. В этом случае эффект аттенюатора может быть нейтрализован специальным регуляторным белком антитерминатором. Получены данные о том, что комплекс белка БАК с сАМР также может выполнять функцию антитерминатора, например в опероне, и, таким образом, не только стимулировать инициацию транскрипции, но и предотвращать преждевременную терминацию.

Регуляция транскрипции путем изменения количества активной РНКП. РНКП может служить отрицательным регулятором своего собственного биосинтеза, и при относительном избытке в клетке ее дальнейшее образование тормозится. Координирование регулируется образование с переходом ее в латентное состояние. В определенных условиях латентная РНКП активируется, вызывая повышение скорости транскрипции. По некоторым данным, такая латентная РНКП может составлять до 50% всей РНКП клетки.

7. Регуляция транскрипции путем изменения конформации или структуры днк

Одним из способов системной регуляции транскрипции служит изменение степени сверхспирализации ДНК. В этом процессе участвует особый класс ферментов – топоизомеразы,

Релаксирующие топоизомеразы понижают степень сверхспирализации без затраты энергии и принимают участие в инициации репликации. По современной класификации их называют топоизомеразы I

Белки, повышающие степень сверхспирализации ДНК, зависят от АТР и участвуют в репликации ДНК, а также необходимы для осуществления рекомбинаций и конъюгативной передачи генетического материала. Их называют топоизомеразы II.

Косвенным указанием на возможность изменения специфичности транскрипции при изменении степени сверхспирализации ДНК служит тот факт, что в присутствии ингибиторов ДНК-гиразы изменяется спектр синтезируемых белков, хотя сами по себе эти ингибиторы не влияют на процессы транскрипции или трансляции. Например, у Escherichia coii снижается синтез около 20 белков, но одновременно стимулируется синтез других, а образование некоторых белков остается на прежнем уровне.

Перестройка транскрипции при изменении степени сверхспирализации ДНК объясняется по крайней мере двумя причинами. Во-первых, может изменяться специфичность узнавания промоторов РНК-полимеразой. Во-вторых, изменение сверхспирализованности должно приводить к изменению силы взаимодействия с ДНК регуляторных белков.

Поскольку АТР является необходимым компонентом для работы ДНК-гиразы, должна существовать связь степени сверхспирализации ДНК с энергетическим зарядом клетки, что открывает еще одну возможность для регуляции транскрипции.

Принципиально иной способ регуляции может быть осуществлен путем обратимого изменения структуры ДНК за счет выщепления подвижных генетических элементов, а затем встраивания их в другие места генома. При этом может меняться характер регуляции транскрипции как генетических локусов, входящих в состав перемещаемых участков, так и соседних с ними локусов. Возможно также встраивание генетического элемента в тот же участок ДНК, откуда он был выщеплен, но в инвертированном виде. Такая инверсия используется иногда как способ регуляции развития фагов, а также образования жгутиковых антигенов у сальмонелл.